(57)【要約】【課題】液体燃料の空気に対する混合性を向上させることができるガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の燃料供給方法を提供する。【解決手段】液体燃料及び気体燃料を空気と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器において、下流側に向かって拡開した略円錐形状に形成され、その側壁部に複数の空気導入孔を有する混合室４と、この混合室４の上流側に設けられ、空気導入孔１７の内壁面に対し液体燃料を噴射して衝突させる液体燃料ノズル１０と、空気導入孔１７〜１９に対向して配置され、気体燃料を空気導入孔１７〜１９の軸心線とほぼ同軸方向に噴射して、空気導入孔１７〜１９を介して混合室４内に気体燃料を供給する気体燃料ノズル９とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料及び気体燃料を空気と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器において、
複数の空気導入孔を有する混合室と、
この混合室の前記空気導入孔の内壁面に対し、液体燃料を噴射して衝突させる液体燃料ノズルと、
前記空気導入孔を介し、前記混合室内に気体燃料を噴射する気体燃料ノズルと
を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
液体燃料及び気体燃料を空気と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器において、
下流側に向かって拡開した略円錐形状に形成され、その側壁部に複数の空気導入孔を有する混合室と、
この混合室の上流側に設けられ、前記空気導入孔の内壁面に対し液体燃料を噴射して衝突させる液体燃料ノズルと、
前記空気導入孔に対向して配置され、気体燃料を前記空気導入孔の軸心線とほぼ同軸方向に噴射して、前記空気導入孔を介して前記混合室内に気体燃料を供給する気体燃料ノズルと
を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記液体燃料ノズルは、中心に配置された微粒化機構と、この微粒化機構の周囲に配置され、前記空気導入孔の内壁面に液体燃料を噴射する液体燃料噴射孔とを有し、ガスタービン負荷に応じ、これら微粒化機構と液体燃料噴射孔とを選択的に用いて液体燃料を噴射することを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記液体燃料噴射ノズルは、前記空気導入孔の側部に連通する液体燃料噴射孔を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記液体燃料ノズルは、前記空気導入孔に対向した液体燃料噴出孔を有する噴射ノズルと、この噴射ノズルの周囲を覆うように形成した噴霧空気ノズルと、前記液体燃料噴射孔に対向するとともに、前記空気導入孔の内壁面を回避して前記混合室の内部空間に向かうように形成した噴霧空気噴出孔とを備え、液体燃料の供給圧力や流量に応じて前記噴霧空気ノズルに対し、噴霧空気を供給、停止させることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
液体燃料及び気体燃料を空気と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器の燃料供給方法において、
複数の空気導入孔を有する混合室の該空気導入孔の内壁面に対し、液体燃料を噴射して衝突させ、
前記空気導入孔を介し、前記混合室内に気体燃料を噴射することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼器に係り、特に液体燃料及び気体燃料の何れの燃料も燃焼可能で、窒素酸化物の排出量が少ない予混合燃焼方式を採用したデュアル燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービン燃焼器では、燃焼器内部で燃料と圧縮空気を反応させて高温高圧の燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービンに噴射してガスタービンを駆動する。燃焼器に使用する燃料は、例えばＬＮＧ等の気体燃料と、例えば灯油や軽油、重油等の液体燃料とに大別される。
【０００３】
燃焼器において、窒素酸化物（以下、ＮＯｘと称す）の排出量低減は、地球環境保護の観点からも重要課題であり、これは、近年ニーズが高まりつつある気体燃料と液体燃料の何れも燃焼可能ないわゆるデュアル燃焼器においても勿論同様である。ＮＯｘ排出量を低減する方策の一つに、気体燃料、液体燃料ともに予め空気と混合させて燃焼させる予混合燃焼方式を採用することがある。予混合燃焼とは、空気と燃料の混合を促進し、混合器内部で燃料濃度を均一にして燃焼させることで、局所的な高温燃焼ガスの発生を防止することによりＮＯｘ排出量を低減するもので、既にこうした予混合燃焼方式を採用したデュアル燃焼器も提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７６９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、上記従来技術では、円筒形状の予混合ノズルの内側に、この予混合ノズルと同心状に仕切りリングを配置し、仕切りリングのほぼ中央位置から予混合ノズル及び仕切りリングのぞれぞれの内壁におけるスワールよりも下流側の位置に衝突するよう液体燃料を噴射することによって、液体燃料を微粒化し予混合ノズル内で空気に混合するようになっている。そのため、予混合ノズル内の微粒化した液体燃料の分布は、予混合ノズルの内壁面及び仕切りリングの内壁面付近に集中し易く、またその付近においては、最も流速の速いスワール近辺に比べて空気流が減速しており、微粒化した液体燃料が十分に空気流に同伴せず、液体燃料と空気との混合状態を一様にすることが困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、液体燃料の空気に対する混合性を向上させることができるガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の燃料供給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、液体燃料及び気体燃料を空気と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器において、複数の空気導入孔を有する混合室と、この混合室の前記空気導入孔の内壁面に対し、液体燃料を噴射して衝突させる液体燃料ノズルと、前記空気導入孔を介し、前記混合室内に気体燃料を噴射する気体燃料ノズルとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、液体燃料及び気体燃料を空気と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器において、下流側に向かって拡開した略円錐形状に形成され、その側壁部に複数の空気導入孔を有する混合室と、この混合室の上流側に設けられ、前記空気導入孔の内壁面に対し液体燃料を噴射して衝突させる液体燃料ノズルと、前記空気導入孔に対向して配置され、気体燃料を前記空気導入孔の軸心線とほぼ同軸方向に噴射して、前記空気導入孔を介して前記混合室内に気体燃料を供給する気体燃料ノズルとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記液体燃料ノズルは、中心に配置された微粒化機構と、この微粒化機構の周囲に配置され、前記空気導入孔の内壁面に液体燃料を噴射する液体燃料噴射孔とを有し、ガスタービン負荷に応じ、これら微粒化機構と液体燃料噴射孔とを選択的に用いて液体燃料を噴射することを特徴とする。
【００１０】
（４）上記（１）において、また好ましくは、前記液体燃料噴射ノズルは、前記空気導入孔の側部に連通する液体燃料噴射孔を有することを特徴とする。
【００１１】
（５）上記（１）において、また好ましくは、前記液体燃料ノズルは、前記空気導入孔に対向した液体燃料噴出孔を有する噴射ノズルと、この噴射ノズルの周囲を覆うように形成した噴霧空気ノズルと、前記液体燃料噴射孔に対向するとともに、前記空気導入孔の内壁面を回避して前記混合室の内部空間に向かうように形成した噴霧空気噴出孔とを備え、液体燃料の供給圧力や流量に応じて前記噴霧空気ノズルに対し、噴霧空気を供給、停止させることを特徴とする。
【００１２】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、液体燃料及び気体燃料を空気と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器の燃料供給方法において、複数の空気導入孔を有する混合室の該空気導入孔の内壁面に対し、液体燃料を噴射して衝突させ、前記空気導入孔を介し、前記混合室内に気体燃料を噴射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、最も流れの速い空気導入孔の内壁面に液体燃料を噴射して衝突させることにより、空気導入孔の内壁面に衝突して微粒化した液体燃料は、流れの速い空気流に同伴することにより、十分に空気と混合される。しかも、流速の最も速い空気導入孔の内壁面に液体燃料を衝突させ微粒化させるので、空気流によるせん断力が効果的に作用し、燃料液滴はさらに木目細かく微粒化される。これにより、液体燃料の空気に対する混合性を従来に比して飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明のガスタービン燃焼器を備えたガスタービン発電プラントの要部を表す概念図である。
この図１に示したガスタービンプラントは、概略して、燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機１と、この圧縮機１に連結されたガスタービン２と、燃焼器３等から構成されており、圧縮機１から吐出された圧縮空気１１は、燃焼器３に導かれて燃焼器３の内筒５の内部で燃料とともに燃焼され、これにより生成された燃焼ガスが、ガスタービン２に噴射されガスタービン２が駆動するようになっている。特に図示していないが、一般にガスタービンには発電機が連結されており、ガスタービンとともに発電機を回転させることによって、回転エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００１５】
上記燃焼器３は、気体燃料を噴射する気体燃料ノズル９と、液体燃料を噴射する液体燃料ノズル１０と、これら各ノズル９，１０から噴射される液体燃料や気体燃料を圧縮空気１１と混合するための混合室（予混合室）４と、この混合室４からの燃料と空気との混合気を燃焼し燃焼ガスを生成する上記の内筒５と、当該燃焼器３を点火するための点火栓８とを外筒７で密閉した圧力容器であり、上記気体燃料ノズル９、液体燃料ノズル１０には、それぞれ気体燃料供給系統１２、液体燃料供給系統１３が接続されている。
【００１６】
図２（ａ）は、上記混合室４近傍の横断面図である。
この図２（ａ）に示すように、混合室４は中空で、概略円錐形状で、その側壁面は、中心軸に対して角度θをなし、流れ方向（図中右方向）に拡開するように形成されており、上記内筒５（図１参照）に臨む下流端は開口している。この混合室４の側壁には、上記圧縮空気１１（図１参照）を導入するための空気導入孔１７〜１９が、流れ方向に所定間隔で設けられている。また、これら各空気導入孔１７〜１９は、それぞれ混合室４の側壁に周方向に所定間隔で複数設けられており、図２（ａ）に示す横断面で見た場合、混合室４の側壁面に対し角度αをなす方向に穿設されている。
【００１７】
上記気体燃料ノズル９は、それぞれ上記空気導入孔１７〜１９に対向するように混合室４の外部に複数設置されており、気体燃料を空気導入孔１７〜１９の軸心線とほぼ同軸方向に噴射し、対応する空気導入孔１７〜１９を介して混合室４内に気体燃料を供給するようになっている。また、上記液体燃料ノズル１０は、混合室４の上流側（基端部近傍）に、混合室４のほぼ中心上に位置するように設置されている。この液体燃料ノズル１０は、その中心に設けた渦巻噴射弁１４と、この渦巻噴射弁１４の外周側に１列目（最上流側）の空気導入孔１７と位置及び設置数が対応するように設けられた液体燃料噴射孔１５とを備えている。液体燃料ノズル１０は、これら渦巻噴射弁１４と液体燃料噴射孔１５とを選択的に用いて燃料を噴射することができるようになっている。
【００１８】
図２（ｂ）は、上記空気導入孔１７位置における混合室４の縦断面図である。
この図２（ｂ）に示すように、縦断面で見た場合、各空気導入孔１７は、混合室４の側壁面に対しほぼ直角に穿設されており、これら空気導入孔１７を介して燃焼用空気１６及び気体燃料ノズル９からの気体燃料が、混合室４の中心に向かって流入するようになっている。また、これら空気導入孔１７の内壁面における混合室４内壁側の開口部に、空気導入孔１７の中心線に対し、混合室４の内側方向に向かって角度βで拡開するテーパ状の衝突壁面２０が形成されている。上記した各液体燃料噴射孔１５（図２（ａ）参照）は、対応する空気導入孔１７の衝突壁面２０に向かうように形成されている。
【００１９】
図２（ｃ）は、上記空気導入孔１８の位置における混合室４の縦断面図である。  この図２（ｃ）に示すように、縦断面で見た場合、２列目に配置された各空気導入孔１８は、その孔中心が、混合室４の中心を通る径方向線に対し周方向オフセット距離Ｘを隔てるように形成されており、各空気導入孔１８から流入する空気流２４に旋回成分が作用するようになっている。３列目に配置された各空気導入孔１９も同様である。
【００２０】
次に、上記構成の本実施の形態におけるガスタービン燃焼器の動作について説明する。
（１）液体燃料噴射時
液体燃料供給系統１３より供給され、液体燃料噴射孔１５を介して噴出した燃料液柱２１は、空気導入孔１７の衝突壁面２０に衝突し、その際の衝突エネルギーにより微粒化され、微細な燃料液滴２２として混合室４の内部空間に導入される。このとき、混合室４内には、空気導入孔１７を介して、圧縮機１（図１参照）からの燃焼用空気１１が空気流１６として流入するため、その空気流１６のせん断力によって、燃料液滴２２がさらに微粒化される。
【００２１】
上記のように、衝突壁面２０との衝突力及び空気流１６のせん断力によって、燃料液滴２２は、極めて微細な液滴となるため、その慣性力は小さく効果的に空気流１６に同伴される。そして、こうして燃料液滴２２を同伴した空気流１６が、他の空気導入孔１７から同様にして流入した空気流１６と混合室４の中心部付近で衝突することにより、液体燃料と空気との混合が促進され、十分に均一な混合気となりＮＯｘ排出量の大幅な抑制効果が期待できる。
【００２２】
また、２列目、３列目の空気導入孔１８，１９を図２（ｃ）のようにオフセット距離Ｘを持たせて配置したことから、これら空気導入孔１８，１９を介して混合室４内に流入する空気流２４には旋回成分が作用しており、空気流１６の衝突によって得られた燃料と空気の混合気は、その旋回する空気流２４によってさらに混合促進され、また、この空気流２４の旋回によって、内筒５内の混合室４の下流域に大きな循環流が形成されるので、安定した燃焼状態が維持される。
【００２３】
ここで、ガスタービン燃焼器は、起動時から定格負荷運転時までの広い作動範囲に対応しなければならないため、燃焼器への供給燃料の流量範囲も広範囲となる。通常、本実施の形態のように液体燃料を何等かの固体壁に衝突させて微粒化する衝突型燃料ノズルは、液体燃料の噴射圧力が高い（噴出速度が速い）程、液体燃料が微粒化されるので、例えば燃焼器点火時等、低負荷運転時における低流量条件下では、液体燃料の噴射圧力が低いために固体壁に衝突した燃料が十分に微粒化されず、点火不具合やコーキング等が発生する場合があった。
【００２４】
そこで、本実施の形態では、こうした低流量条件下では、液体燃料ノズル１０の中心に設置した渦巻噴射弁１４から液体燃料を微粒化して噴出する。そして、ガスタービン負荷の上昇に伴って、高負荷（高流量）条件に移行する際には、渦巻噴射弁１４からの燃料噴射を停止して（或いは噴射流量を減少させて）上記のように液体燃料噴射孔１５から液体燃料を噴射することで、衝突方式に燃料供給を切換える。これにより、広い作動範囲に亘って微粒化の効果を損なうことがなく、安定した燃焼状態が維持される。
【００２５】
なお、渦巻噴射弁１４に代えて二流体ノズルを用い、この二流体ノズルから噴射する液体燃料を別途設けたコンプレッサからの圧縮空気の力で微粒化する場合、全作動範囲で二流体ノズルを使用すると、その作動範囲全域をカバーするために容量の大きなコンプレッサを用意しなければならないが、本例ではその使用は低負荷時のみに限定されるので、必要なコンプレッサも容量の小さなもので足りる。
【００２６】
（２）気体燃料噴射時
本実施の形態において、気体燃料ノズル９は、空気導入孔１７〜１９と対向するように混合室４の外周に配置されているので、各気体燃料ノズル９からの気体燃料２３は、対応する空気導入孔１７〜１９の軸心とほぼ同軸方向に噴出され、混合室４内に導入される。このとき、気体燃料ノズル９から噴出された気体燃料２３は、まず空気導入孔１７〜１９の内部で、空気導入孔１７〜１９を通過するまでに（つまり混合室４の側壁の厚さを移動する際に）燃焼用空気１６又は２４と混合され、その後、空気導入孔１７〜１９内部で空気と混合された混合気は、空気導入孔１７〜１９から混合室４内に噴出する際に発生する渦流（流路が急激に拡大する際に発生する渦流）によりさらに空気と混合された状態となる。また、空気導入孔１７から噴出した燃料と空気の混合気は、他の空気導入孔１７から噴出された混合気と混合室４の軸中心部で衝突し、さらに、空気導入孔１８，１９から流入した旋回する混合気と衝突することで、混合が大幅に促進されＮＯｘ排出量が抑制される。
【００２７】
本実施の形態によれば、空気導入孔１７の内壁面に形成したテーパ状の衝突壁面２０に、液体燃料を噴射して衝突させる。言い換えれば、空気導入孔１７は、流路が最も絞られて空気の流れが最速となる箇所であり、空気導入孔１７の内壁面に衝突して微粒化した燃料液滴２２は、流れの速い空気流１６に同伴することにより、十分に空気と混合される。しかも、流速の最も速い空気流１６が流れる空気導入孔１７の内壁面に液体燃料を衝突させ微粒化させるので、空気流１６によるせん断力が効果的に作用し、燃料液滴２２は、より木目細かく微粒化される。そして、このせん断作用による相乗効果によって極めて微細化された燃料液滴２２は、空気流１６に同伴し、その後、他の空気導入孔１７〜１９により導入された空気流と衝突して混合促進され、一様な混合気となる。以上のように、本実施の形態においては、液体燃料の空気に対する混合性を従来に比して飛躍的に向上させることができる。
【００２８】
加えて、本実施の形態によれば、以下に述べる様々な作用効果が得られる。
ここで、一般に、予混合燃焼方式を採用したガスタービン燃焼器の場合、混合室内部には燃料と燃焼用空気との混合ガスが充満するため、混合室内部への火炎の逆流や、混合ガスの自発着火が生じる可能性がある。また、燃焼器に導入される燃焼空気は、圧縮機で圧縮されて生成され、各流路を流下するうちに塵埃等を含むことも少なくなく、結果的に、燃焼用空気に同伴して混合室に塵埃等が導入されてしまうこともあり、この塵埃が可燃性物質であれば、高温の燃焼用空気によって加熱され着火する場合も考えられる。従来の予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器には、一般に、十分な長さを有し、燃料と空気の混合長さが十分確保された予混合通路を設けられている。通常、この予混合通路上流位置には、スワール翼が設けられ、燃料と空気の混合気に旋回成分を与えているため、上記何れかの要因で予混合通路に火炎が流入した場合、予混合通路内部で火炎が保持されてしまう可能性があった。予混合通路内にまで火炎が逆流した場合、予混合通路や燃料ノズルの加熱による変形、焼損を招き、ひいてはガスタービン全体の損傷につながる恐れがある。
【００２９】
それに対し、本実施の形態においては、気体燃料ノズル９から空気導入孔１７〜１９に向かって気体燃料２３を噴出し、この気体燃料２３を、空気導入孔１７〜１９を流れる圧縮機１からの燃焼用空気１６，２４と混合するとともに、空気導入孔１７から噴出する際の流路拡大によってさらに混合した上で、混合室４内に導入させる。すなわち言うなれば、空気導入孔１７が従来の予混合通路の役割を果たし、燃焼用空気１６，２４と気体燃料２３との混合距離は、混合室４の側壁の肉厚分となるため従来に比して非常に短い。したがって、前述したような、混合室内部への火炎の逆流や混合気の自発着火による混合室内部での火炎の付着（滞留）の発生を防止することができる。
【００３０】
また前述したように、一般に、固体壁との衝突による液体の微粒化は、液体の噴出速度が速い（液体の噴射圧力が高い）程優れる特性を持っている。そのため、燃料供給量が少ない（燃料噴出速度の遅い）低負荷時では、衝突による液体燃料の微粒化の効果が十分に得られず、点火不具合やＮＯｘ排出量の増大を招く可能性があった。それに対し、本実施の形態によれば、霧状に液体燃料を噴射可能な微粒化機構として例えば渦巻噴射弁１４を備え、ガスタービン負荷に応じて、衝突方式の液体燃料噴射孔１５からの燃料噴射と切り換えられるように構成してある。これにより、衝突による液体の微粒化が十分に達成されない低負荷運転時には、微粒化機構により微粒化した液体燃料を混合室４内に直接噴霧し、十分な液体燃料の流速が得られる高負荷運転時には、液体燃料噴射孔１５からの燃料供給に切り換えることができる。これにより、広い負荷範囲に亘って（広い燃料供給量に亘って）液体燃料の微粒化特性を損なうことがなく、点火不具合やＮＯｘ排出量の増大を防止できる。加えて、例えば渦巻噴射弁１４に代えて二流体ノズルを使用する場合、微粒化機構には、前述したように、一般に専用のコンプレッサを要するが、微粒化機構の使用を低負荷運転時に限定できるので、大容量のコンプレッサを必要としない。
【００３１】
本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態を図３を用いて説明する。
図３は、本実施の形態のガスタービン燃焼器における混合室近傍の横断面図であり、図中、前述した第１の実施の形態と同様又は同様の機能を有する部分には同符号を付し説明を省略する。
図３に示すように、本実施の形態において、液体燃料噴射ノズル１０は、空気導入孔１７の側部に連通する液体燃料噴射孔２５を有している。また、液体燃料噴射孔２５の角度は、液体燃料噴射孔２５の開口端よりも、噴射した燃料液注２１の衝突位置が混合室４の内部空間寄りになり、衝突後の燃料液滴２２が混合室４内に向かって反射するように配慮されている。この点を除いて、本実施の形態は、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の構成である。
【００３２】
前述した第１の実施の形態では、燃料噴出孔１５から噴出された燃料液注２１は、一旦、混合室４内の空間を通っているため、その分、衝突壁面２０までの距離が長くなっていた。その結果、衝突壁面２０付近（空気導入孔１７位置）では燃料液柱２１の速度が低下し、空気導入孔１７から流入する空気流１６が高流速の場合、燃料液柱２１が空気の流れ方向に斜行し、空気導入孔１７の衝突壁面２０に命中しないことも起こり得る。例えば、混合室４の内壁面に燃料液注２１が衝突した場合、衝突により微粒化された燃料液滴２２の一部は、空気流１６（図２（ａ）も参照）に同伴されずに、混合室４の内壁面等に付着しコーキングの原因になる可能性がある。
【００３３】
本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の効果に加え、燃料噴出孔２５により空気導入孔１７の内壁面に燃料液柱２１を直接噴射するので、燃料噴出孔２５から衝突壁面までの距離は最短距離となり、空気導入孔１７を流下する空気流１６の影響を最小限に抑え、確実に空気導入孔１７壁面へ衝突させることができる。また、衝突壁面までの距離が最短であることから、衝突時の燃料液柱２１の速度低下を極力抑えることができるので、より微粒化を促進することができ、燃焼器としてもより高い信頼性を確保することができる。
【００３４】
本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態を図４を用いて説明する。
図４は、本実施の形態のガスタービン燃焼器における混合室近傍の横断面図であり、図中、前述した各実施の形態と同様又は同様の機能を有する部分には同符号を付し説明を省略する。
図４に示すように、本実施の形態が、前述した第２の実施の形態と相違する点は、燃料噴出孔２５を２列目の空気導入孔１８の側部に連通させた点である。燃料噴出孔２５の角度については、前述した第２の実施の形態と同様であり、その他の構成も第２の実施の形態とほぼ同様である。
【００３５】
前述の各実施の形態では、１列目の空気導入孔１７に燃料液注２１を衝突させて微粒化させたが、混合室４内における１列目の空気導入孔１７の開口端よりも上流域は、それよりも下流側から空気流が流入してこないので淀み域となり、空気流１６の流速によっては、衝突によって得られた燃料液滴２２の一部が空気流１６に十分に同伴されず、それが上流側の淀み域に飛散した場合、混合室４の内壁や渦巻噴射弁１４等に付着し、コーキングを発生させることも考えられる。
【００３６】
本実施の形態では、前述した第１及び第２の実施の形態と同様の効果が得られることは勿論であるが、２列目の空気導入孔１８の内壁面に燃料液柱２１を衝突させるので、仮に噴霧された燃料の一部が、空気流２４に同伴されず上流側に飛散しても、１列目からの空気流１６によって混合室４の下流（燃焼室側）へ搬送され、混合室４の内壁や渦巻噴射弁１４への燃料液滴２２の付着やコーキングの発生を防止することができる。また、空気導入孔１８に燃料液注２１を衝突させるので、衝突して得られた燃料液滴２２は、旋回成分を持つ空気流２４に同伴するので、より確実な微粒化及び混合の効果を期待できる。したがって、第１及び第２の実施の形態に比べても、より信頼性を向上させることができる。
【００３７】
本発明のガスタービン燃焼器の第４の実施の形態を図５及び図６を用いて説明する。
図５は、本実施の形態のガスタービン燃焼器における混合室近傍の横断面図であり、図中、前述した各実施の形態と同様又は同様の機能を有する部分には同符号を付し説明を省略する。
図５に示すように、本実施の形態における液体燃料ノズル１０は、中心の微粒化機構である渦巻噴射弁１４を省略し、外周部に設けた液体燃料噴出孔２７を有する噴射ノズルと、この噴射ノズルの周囲を覆うように形成した噴霧空気ノズル２８と、液体燃料噴射孔２７に対向するように形成した噴霧空気噴出孔２９とを備えている。液体燃料噴射孔２７は、ほぼ混合室４の中心軸方向を向いているのに対し、噴霧空気噴出孔２９は、空気導入孔２６の内壁面を回避して混合室４の内部空間に向うように、混合室４の中心軸に対し、流れ方向下流側に向かって混合室４の中心側に角度γだけ傾斜している（後の図６（ａ）も参照）。また、本実施の形態における１列目の空気導入孔２６は、液体燃料噴霧孔２７の液体燃料２１の噴出方向にほぼ直交し、混合室４の中心に向かって形成されており、また、その側部には上記噴霧空気噴出孔２９が連通しており、この噴霧空気噴出孔２９を介して、内壁面が液体燃料噴射孔２７に対向している。その他の構成は、先の各実施の形態と同様である。
【００３８】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、それぞれ低負荷条件、高負荷条件における作動例の説明図である。
前述したように、一般に、燃料流量の少ない低負荷条件では液体燃料の噴出速度が遅く、これを固体壁に衝突させても微細な燃料液滴が得られない。そこで、このような低流量の条件では、噴霧空気ノズル２８に噴霧空気３０を供給し、液体燃料噴出孔２７から噴出される液体燃料２１を、噴霧空気３０と混合するとともに、噴霧空気噴出孔２９から噴出する噴霧空気のせん断力により微粒化して噴出させる。
【００３９】
通常、微粒化された液滴は質量が小さくなるため、液滴の持つ運動エネルギーも小さくなる。これが固体壁等に衝突すると、固体壁表面に液滴が付着したり、液滴同士が再結合したりすることによって微粒化特性を損なう恐れがある。本実施の形態では、噴霧空気噴出孔２９を角度γで混合室４の中心に向かって傾斜させて形成したため、噴霧空気３０によって微粒化された燃料液滴３１は空気導入孔２６の内壁面には衝突せず、混合室４の内部空間に噴霧されるので、微粒化特性を失うことがない。
【００４０】
さらに、噴霧空気によって微粒化された燃料液滴３１は、質量が小さくなったことにより、その慣性力も小さくなり、空気導入孔２６から流入する空気流１６に同伴され易い。これにより、混合室４や空気導入孔２６の内壁面への燃料液滴の付着やコーキングを防止するだけでなく、液体燃料と空気の混合促進により、ＮＯｘ排出量の低減や燃焼安定性の向上効果も期待できる。
【００４１】
一方、本実施の形態において、燃料流量の多い条件では、噴霧空気３０を停止することにより、液体燃料噴出孔２７から噴出した燃料液柱２１は、噴霧空気噴出孔２９を通り抜け空気導入孔２６の内壁面に直接衝突して微粒化され、空気流１６によりせん断され、されに微粒化されつつ同伴して混合室４内に導入される。これにより、前述した各実施の形態と同等の効果が得られる。
【００４２】
以上、本実施の形態によれば、ガスタービン負荷や、燃料の供給圧力又は供給流量に応じ、液体燃料の噴霧方式を選択的に切換えることができる。例えば、衝突エネルギーが十分に得られない低負荷時には、噴霧空気ノズル２８に噴霧空気を供給して噴霧空気のせん断力によって微粒化し、燃料液注２１を空気導入孔２６の内壁面に衝突させずに、直接混合室４の内部空間に噴霧する。逆に高負荷時には、噴霧空気ノズル２８への噴霧空気の供給を停止し、燃料液注２１を空気導入孔２６の内壁面に衝突させて微粒化する。このように、低負荷から高負荷に亘る広い作動範囲で、燃料噴霧の微粒化特性を損なうことがなく、コーキングの発生防止やＮＯｘ排出量の低減、燃焼安定性の向上などの効果も期待でき、更なる信頼性の向上を図ることができる。また、本実施の形態においては、中心の渦巻噴射弁１４がなくても低負荷から高負荷に亘る広い作動範囲に対応することができるので、前述した各実施の形態に比して燃料供給系統を少なくすることができ、コスト低減にもつながる。
【００４３】
また、通常の二流体ノズルを使用する場合と比べ、低流量域のみに噴霧空気が必要となるため、空気コンプレッサの容量を小さくでき、コスト低減にもつながる。
【００４４】
なお、以上において、液体燃料ノズル１０の中央に渦巻噴射弁１４を設置したが、それ以外の噴霧方式を採用したノズルに代えても構わない。例えば、渦巻噴射ノズルの他に、気流噴射ノズル、衝突ノズル等が適用可能である。これら場合も同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、以上において、混合室４が拡開する角度θについて特に説明しなかったが、この角度θによって混合長さが変わる。これにより、例えば、角度θを小さく設定することで、適切な混合長さ、言い換えれば適切な混合気の滞留時間を確保することができる。但し、必要以上に角度θを小さくすると、逆火やコーキングを引き起こす場合も考えられるので、角度θは、ＮＯｘ排出量、燃焼安定性等も考慮して設定することが好ましい。
【００４６】
また、空気導入孔１７〜１９の混合室４に対する角度αは、内筒５内の混合室４の下流空間における循環流の形成に影響を与えるので、この角度αを調整することにより、保炎性を調整することができる。また、第１の実施の形態において、空気導入孔１７の内壁面に設けた衝突壁面２０の角度βは、燃料液注２１の反射角に影響するので、この角度βを調整することにより、微粒化された燃料液滴２２の跳ね返り方向を調整することができる。さらに、第４の実施の形態の場合、噴霧空気噴出孔２９の角度γを調整することにより、低負荷運転時に噴霧する液体燃料の噴射角度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のガスタービン燃焼器を備えたガスタービン発電プラントの要部を表す概念図である。
【図２】本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態における混合室近傍の横断面図、及びその空気導入孔位置における縦断面図である。
【図３】本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態における混合室近傍の横断面図である。
【図４】本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態における混合室近傍の横断面図である。
【図５】本発明のガスタービン燃焼器の第４の実施の形態における混合室近傍の横断面図である。
【図６】本発明のガスタービン燃焼器の第４の実施の形態における低負荷条件、高負荷条件における作動例の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
４      混合室
９      気体燃料ノズル
１０    液体燃料ノズル
１４    渦巻噴射弁（微粒化機構）
１５    液体燃料噴射孔
１７    空気導入孔
１８    空気導入孔
１９    空気導入孔
２５    液体燃料噴射孔
２７    液体燃料噴出孔
２８    噴霧空気ノズル
２９    噴霧空気噴出孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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